Лабораторная работа 17 Ауд

Работа добавлена на сайт samzan.net:

Лабораторная работа № 17   Ауд. 408

Определение влажности воздуха.

Цель работы:

1.  Изучить явление испарения жидкостей; познакомиться с методами измерения абсолютной и относительной влажности воздуха.
2.  Научиться определять абсолютную и относительную влажность воздуха при помощи психрометра.

Литература:

1.  Савельев И.В. Курс общей физики. Т 1. М. 1987г. § 121.
2.  Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика. Учебник для 10 кл. М. 1990г. §§ 15-17.
3.  Шахмаев Н.М. и др. Физика. Учебник для 10 кл. М. 1992г. §§ 9-10
4.  Яворский Б.М., Пинский А.А. Основы физики. Т.1 М.1981. Гл. 35, §§ 1,2, 3, 6.

Приборы и принадлежности:

1.  Психрометр аспирационный МВ-4М (психрометр Ассмана).
2.  Стакан с водой.
3.  Пипетка.
4.  Барометр.

1. Введение.

Испарение жидкостей. Насыщенный пар.

Процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное, происходящий путем вылета молекул из этого вещества, называется процессом парообразования. Совокупность молекул, вылетевших из вещества, называют паром этого вещества. Обратный процесс перехода газообразного вещества в жидкое называют конденсацией..

Парообразование, происходящее с открытой поверхности жидкости при любой температуре, называется испарением. Экспериментально установлены следующие закономерности испарения: а) при одинаковых условиях различные вещества испаряются с разной скоростью;

б) чем больше площадь испаряющейся поверхности, тем быстрее происходит испарение; в) скорость испарения зависит от плотности паров над открытой поверхностью; испарение усиливается при движении окружающего воздуха; г) чем выше температура жидкости, тем быстрее происходит испарение; д) при испарении температура жидкости понижается.

Если достаточно большое количество жидкости находится в закрытом сосуде при постоянной температуре, то часть жидкости превратится в пар, а в дальнейшем количество жидкости остается неизменным. Это объясняется тем, что одновременно с процессом парообразования происходит обратный процесс конденсации. При достижении плотностью (давлением) пара определенного значения устанавливается динамическое равновесие между паром и жидкостью: число молекул, вылетающих из жидкости в единицу времени, равно числу молекул, переходящих за это время из пара в жидкость. Пар, находящийся в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью, называется насыщенным.

Опыт показывает, что давление насыщенного пара ρн зависит только от вещества, из которого он состоит и от температуры, но не зависит от объема, который пар занимает. При изменении объема пара равновесие между паром и жидкостью временно нарушается: усиливается либо процесс испарения, либо процесс конденсации, что в итоге приводит к восстановлению состояния динамического равновесия при первоначальном значении давления пара.

Зависимость ρн от температуры является нелинейной (см. рис.1.).

С ростом температуры ρн увеличивается гораздо быстрее, чем давление идеального газа (прерывистая линия на рис.1). Это связано с тем, что ρн возрастает не только из-за роста температуры, но и вследствие увеличения концентрации молекул пара.

Давление, которое пар производит в состоянии в состоянии насыщения при данной температуре, является наибольшим: давление ненасыщенного пара всегда меньше pH.

Влажность воздуха

В результате испарения воды с поверхности водоемов, почвы, а также с растительных покровов в атмосферном воздухе всегда содержится водяной пар. Содержание водяного пара в воздухе и степень его насыщения существенно влияют на природные явления, на условия существования растений и животных, на условия жизни и деятельности человека. Поддержание определенной влажности требуется при многих технологических процессах, а также в книгохранилищах и музеях.

Абсолютной влажностью воздуха называют величину, численно равную массе водяного пара, содержащегося в 1м3 воздуха (т. е. плотность водяного пара в воздухе при данных условиях). Обычно абсолютную влажность выражают в г/м3. В метеорологии абсолютную влажность воздуха характеризуют не плотностью, а парциальным давлением (упругостью) водяного пара , выраженным в мм. рт. ст.

Часто бывает необходимо знать, насколько водяной пар в воздухе близок или далек от состояния насыщения. Поэтому кроме абсолютной влажности введено понятие относительной влажности. Относительной влажностью r называется отношение абсолютной влажности (или упругости) к плотности (или упругости) насыщенного водяного пара при той же температуре, выраженное в процентах:

r = %

Степень насыщения водяного пара характеризуют также дефицитом влажности D = ρн- ρ.

Если изобарически понижать температуру воздуха, то при определенной температуре водяной пар в нем станет насыщенным (процесс 1-2 на рис.1). При дальнейшем охлаждении пар начинает конденсироваться в жидкость, образуя росу. Температура, до которой необходимо охладить воздух (при неизменной влажности), чтобы водяной пар в нем стал насыщенным, называется точкой росы.

2. Методы определения влажности воздуха.

Влажность воздуха определяют с помощью приборов – гигрометров и психрометров. Существуют гигрометры различных типов.

В волосном гигрометре (рис.2) используется свойство обезжиренного человеческого волоса удлиняться (укорачиваться) при увеличении (уменьшении) относительной влажности воздуха. Волос 1 навит на ролик 2 и держится в натянутом состоянии грузиком 3. При изменении влажности меняется длина волоса, ролик 2 вращается и движет стрелку 4. Деления шкалы указывают относительную влажность. Волосной гигрометр используют в случаях, когда нет необходимости проводить очень точные измерения влажности воздуха. Свойства волоса со временем меняются, поэтому этот гигрометр требует время от времени градуировки.

В весовом гигрометре используют свойство некоторых веществ (например, хлористого кальция CaCl2) хорошо поглощать водяные пары. С помощью насоса прокачивают воздух через трубки, наполненные CaCl2, которые взвешиваются до и после проведения опыта. Определив изменение веса CaCl2 и зная объем прошедшего через трубки воздуха, находят абсолютную влажность.

Конденсационный гигрометр (рис.3) предназначен для определения точки росы. В сосуд 1 наливается легко испаряющаяся жидкость (эфир) 2, и через него пульверизатором 3 продувают воздух. При интенсивном испарении эфира температура стенок сосуда понижается, и при достижении точки росы сосуда запотевают. На переднюю стенку сосуда 1 надето отполированное кольцо 4, отделенное от сосуда теплоизолирующей прокладкой и поэтому не охлаждающееся. Контраст межу запотевшим сосудом и блестящим кольцом позволяет точно установить момент начала конденсации водяного пара на стенках сосуда. Определив точку росы с помощью термометра 5, и используя таблицу 3, можно определить абсолютную и относительную влажность воздуха.

Психрометр состоит из двух термометров, расположенных рядом. Резервуар одного из термометров обернут тканью, смоченной водой. Чем меньше относительная влажность воздуха, тем интенсивнее происходит испарение воды из ткани и тем сильнее охлаждается «влажный» термометр. Измерив разность температур «сухого» и «влажного» термометров, можно по специальной «психрометрической» таблице (см. табл. 2) определить относительную влажность воздуха.

3.Аспирационный психрометр Ассмана.

Психрометр Ассмана состоит из двух одинаковых ртутных термометров 1 и 2 (рис.4), закрепленных в специальной оправе 3. Каждый из термометров имеет шкалу с рабочей частью от –300 до +500. Цена деления шкалы 0,20С. Резервуары термометров помещены в двойную трубчатую защиту с воздушной прослойкой, которая предохраняет термометры от нагревания Солнцем. С этой целью трубы никелируются и тщательно полируются. Трубки 4 соединены с трубкой главного воздухопровода 5, помещенной между термометрами и верхним концом сообщающейся с аспиратором 6. Аспиратор состоит из вентиляторного диска с часовым механизмом, закрытым колпаком 7. Пружина механизма заводится посредством ключа 8. Резервуар правого термометра обернут тканью (батистом) и перед работой смачивается чистой дистиллированной водой при помощи пипетки, вводимой в трубку 9.

Вращением вентилятора в прибор засасывается воздух, который обтекая резервуары термометров, проходит по главному воздуховоду к аспиратору и выбрасывается последним наружу через имеющиеся прорези. Вода, которой смочен резервуар «влажного» термометра, испаряется, в результате чего происходит охлаждение резервуара. Масса воды, испаряющейся в единицу времени с поверхности батиста, зависит от степени насыщения воздуха водяными парами ρн ρ, от скорости движения воздуха V, от площади поверхности батиста S и атмосферного давления ρ0:

m= k(v) ,

где k(v) – коэффициент пропорциональности, зависящий от скорости воздуха. На испарение массы воды m требуется количество тепла

Q = mL = k(v),

где L – удельная теплота парообразования.

Очевидно, что температура воды, смачивающей батист, будет понижаться до тех пор, пока не наступит тепловое равновесие: потеря тепла при испарении будет компенсироваться притоком тепла при нагревании мокрого батиста более теплым воздухом. Приток тепла в единицу времени пропорционален площади смоченной поверхности S и разности температур «сухого» и «влажного» термометра t1 – t2:

Q/ = f(v) S(t1 – t2),

где f(v) – коэффициент пропорциональности, зависящий от скорости потока воздуха. Температура перестанет понижаться, когда Q = Q/, то есть:

k(v)= f(v) S(t1 – t2),

отсюда

ρ= ρн - .

Скорость вращения вентилятора постоянна, поэтому остается постоянной и скорость потока воздуха. Следовательно, величина

А= .

Из последних формул следует:               ρ= ρн-А ρ0(t1- t2),

откуда

  

Величина А называется постоянной психрометра.

4. Порядок выполнения работы

1.  Подготовить психрометр Ассмана к работе: смочить водой обернутой батистом резервуар правого – «влажного» - термометра и завести пружину механизма аспиратора.
2.  Измерить температуру «сухого» и «влажного» термометров (t1 и t2). Обратить внимание на то, что температура «влажного» термометра сначала понижается, а затем начинает повышаться. В качестве t2 следует взять минимальное значение температуры. Проделать не менее пяти опытов.
3.  Для каждого опыта подсчитать разность температур t1 - t2 и по таблице 2 найти относительную влажность воздуха r.
4.  По таблице 3 найти давление насыщенного пара p при температуре t1 и рассчитать упругость водяных паров в лаборатории p.
5.  Рассчитать дефицит влажности D. По лабораторному барометру определить атмосферное давление и рассчитать постоянную психрометра А.
6.  Результаты расчетов занести в таблицу 1. Оценить погрешность.

 

Контрольные вопросы

1.  Объясните явление испарения жидкостей и его основные закономерности с точки зрения молекулярно-кинетической теории.
2.  Какую величину называют удельной теплотой парообразования?
3.  Какой пар называют насыщенным? Объясните, почему давление насыщенного пара не зависит от объема, в котором он находится?
4.  изобразите на графике примерный вид зависимости давления насыщенного пара от температуры. Почему с ростом температуры давление насыщенного пара увеличивается быстрее, чем давление идеального газа?
5.  Какой пар называют ненасыщенным? Какими способами ненасыщенный пар можно перевести в состояние насыщения?
6.  Дайте определения абсолютной и относительной влажности воздуха. Как связаны между собой плотность и упругость водяного пара?
7.  Что такое точка росы? Как, зная точку росы, определить абсолютную и относительную влажность воздуха?
8.  Опишите принцип действия известных вам приборов для определения влажности возждуха.
9.  Расскажите об устройстве аспирационного психрометра Ассмана. Получите формулу, связывающую разность показаний «сухого» и «влажного» термометров с относительной влажностью воздуха.
10.  Оценить массу водяного пара, содержащегося при данных условиях в аудитории. При какой температуре воздуха в аудитории начнется конденсация водяного пара?

Таблица №1

№ п/п	t1 0C	t2 0C	t1-t2	r,%	PH, мм.рт.ст.	P, мм.рт.ст.	А град-1	ΔА град-1	εА%
1.
2.
3.

Таблица №2.

Психрометрическая таблица относительной влажности воздуха.

Показ. сух. терм.	Разность показаний сухого и влажного термометров в С0
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
0	81	63	45	28	11
2	84	63	51	35	20
4	85	70	56	42	28	14
6	86	73	60	47	35	23	10
8	87	75	63	51	40	28	18	7
10	88	76	65	54	44	34	24	14	4
12	89	78	68	57	48	36	29	20	11
14	90	79	70	60	51	42	33	25	17	9
16	90	81	71	62	54	45	37	30	22	15
18	91	82	73	64	54	48	41	34	26	20
20	91	83	74	66	59	51	44	37	30	24
22	92	83	76	68	61	54	47	40	31	28
24	92	84	77	69	62	56	49	43	37	31	26	21	17
26	92	85	78	71	64	64	50	45	40	34	28	23	19
28	93	85	78	72	65	59	53	48	42	37	32	27	23
30	93	86	79	73	67	61	55	50	44	39	34	30	27

Таблица №3

Давление насыщенного водяного пара при разных температурах.

t 0C	PH, мм.рт.ст.	Р г/м3	t 0C	PH, мм.рт.ст.	Р г/м3	t 0C	PH, мм.рт.ст.	Р г/м3
-10	1,95	2,14	7	7,51	7,8	24	22,38	21,8
-9	2,13	2,33	8	8,05	8,3	25	23,76	23,0
-8	2,32	2,54	9	8,61	8,8	26	25,21	24,4
-7	2,53	2,76	10	9,21	9,4	27	26,74	25,8
-6	2,76	2,99	11	9,84	10,0	28	28,35	27,2
-5	3,01	3,24	12	10,52	10,7	29	30,04	28,7
-4	3,28	3,51	13	11,23	11,4	30	31,82	30,3
-3	3,57	3,81	14	11,99	12,1	31	33,70	32,1
-2	3,88	4,13	15	12,79	12,8	32	35,66	33,9
-1	4,22	4,47	16	13,60	13,6	33	37,73	35,7
0	4,58	4,84	17	14,53	14,5	34	39,90	37,6
1	4,93	5,22	18	15,48	15,4	35	42,18	39,6
2	5,29	5,60	19	16,48	16,3	36	44,56	41,8
3	5,69	5,98	20	17,54	17,3	37	47,07	44,0
4	6,10	6,40	21	18,65	18,3	38	49,69	46,3
5	6,54	6,84	22	19,83	19,4	39	52,44	48,7
6	7,01	7,3	23	21,07	20,6	40	55,32	51,2

PAGE   \* MERGEFORMAT 2

1. Метод расчета кормового баланса
2. Одна из них ~ квалифицированный выбор партнера на внутреннем и внешнем рынке поскольку от этого зависит эф
3. Финансы и кредит и для студентов обучающихся по специальности 080109
4. Смерть бога в философии Ф. Ницше. Социально-философский анализ
5. Реферат на тему- Чрезвычайные ситуации техногенного характера студентки 3 курса 17гру
6. Любовь дается только раз Да мы не слышали ее Да не хотели общем слушать Она ж питалась объяснить Что
7. Тема 18 Балки балочные конструкции
8. Тема- Виды психологического исследования.
9. Россия как вызов географии
10. Вариант 5 1 Экспертиза товаров- определение виды экспертизы их цели и задачи
11. На тему- Закриті механічні пошкодження.html
12. на небольшой части сборного поля 2 после уборки основной культуры 3 на огрехах после появления всход
13. донбасской и днепровской энергосистемы 1945 организовано объединенное диспетчерское управление ДУ центра о
14.  20р ПРОГРАМА навчальної практики курсантів студентів 4го курсу ЛДУ БЖД за напрямом 6
15. на тему- Управление вексельной эмиссией банка Рабо
16. Потребительский кооператив Потребительским кооперативом признается добровольное объединение граждан
17. религия. Святое и нуминозное
18. Henry The Cop nd the nthem On his bench in Mdison Squre Sopy moved unesily
19. Реферат- Микропроцессор В1801ВМ1
20. Почвенный покров Москвы.html

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе